紡織業微膠囊的進展趨向與運用遠景論文

2011年，天津工業大學曹虹霞等[3]以正十八烷爲芯材、三聚氰胺甲醛樹脂爲壁材，採用原位聚合法制備微膠囊並對其進行表徵，結果表明微膠囊呈圓球形，平均粒徑2。35μm，粒徑分佈範圍較窄，分散性好。2011年，浙江理工大學戚棟明等[4]採用原位微懸浮聚合法制備有機顏料酞箐藍微膠囊並對其進行表徵，結果表明微膠囊呈球狀，平均粒徑爲3。5μm，粒徑分佈範圍較窄。通過微膠囊殼材料的物理變化，採用一定的機械加工手段如離心、擠出和噴射等進行微膠囊化，如噴霧乾燥法、流化牀法等。2011年，西安武警工程學院張鬱鬆等[5]採用噴霧乾燥法制備了大蒜油微膠囊並對其進行表徵，結果表明，該方法制備所得微膠囊的外型近似球型，顏色爲淡黃色，粒徑大小在5~8μm，流動性良好。2010年，長江大學劉冬妮等[6]以乙基纖維素和羥丙基纖維素爲壁材，堵水調剖用交聯劑爲芯材，採用流化牀法制備交聯劑微膠囊，結果表明，微膠囊化後成膠時間比微膠囊化前延後16h，可改善儲層非均質性。將芯材乳化或分散在溶有壁材的連續相中，加入另一種物質或不良溶劑，或通過其它手段使得壁材的溶解度降低而從連續相中分離出來，包裹在芯材上形成微膠囊。2010年，清華大學張冰清等[7]以正十六烷爲芯材，分別以PMMA和PS等聚合物作爲壁材，採用相分離法制備微膠囊，並研究不同表面活性劑及其用量對微膠囊結構的影響，結果表明改變活性劑、聚合物的種類和濃度可以控制聚合物微球的形貌。

隨着微膠囊技術的發展，目前出現了很多製備微膠囊的新型方法，如分子包埋法、超臨界流體快速膨脹法、高壓靜電法等。使含疏水端的芯材進入具有疏水性的壁材空腔內，靠分子間作用力結合形成分子微膠囊。2011年，上海海洋大學呂翠翠等[8]利用羥丙基—β—環糊精對東方琥珀玫瑰香精進行包合併對其進行表徵，結果表明製備的微膠囊呈不規則球狀，平均粒徑72。8μm，粒徑分佈均勻。將某種溶質溶解在超臨界流體中，然後通過減壓膨脹，控制實驗條件，析出具有一定粒徑的空心微囊，將生成的空心微囊與芯材高頻碰撞接觸，微囊即可均勻包裹在芯材外部，除去未包埋的芯材，便得到微膠囊產品[9]。2010年，鄭州大學胡國勤等[10]採用超臨界CO2快速膨脹法制備灰黃黴素超細微膠囊並對其進行表徵，結果表明超細微顆粒粒度均勻，粒徑達1μm左右。利用高壓靜電成囊裝置製備微膠囊的方法。2011年，華僑大學趙趁等[11]採用高壓靜電法制備磁性海藻酸鈣/殼聚糖微膠囊並對其進行表徵，結果表明製備的微膠囊表面光滑、球形度和分散性較好，平均粒徑216。8μm，粒徑分佈均勻。

目前織物用微膠囊的主要製備方法有界面聚合法、原位聚合法、水相分離法、油相分離法和分子包埋法等。幾種製備方法的優缺點及其應用主要領域如表1所示。織物用微膠囊製備方法各有其優點，但現有的製備方法所製備出的微膠囊粒徑較大，且大小分佈不均；同時其製備方法主要集中在聚合反應法和相分離法兩種方法上，在很大程度上限制了微膠囊芯材和壁材的選擇；此外製備的成本較高，主要體現在微膠囊材料及工藝方面，因此需要尋求新型織物用微膠囊的製備方法。

1953年Green發明了凝聚法微膠囊化的方法[15]，首次將液體材料微膠囊化，解決了無色染料穩定性的問題，具有劃時代的意義。將微膠囊技術應用於紡織業纔剛剛起步不久，已取得了意想不到的效果，其主要應用領域包括微膠囊染色、微膠囊印花、微膠囊功能整理劑等。

微膠囊染色的技術核心是將染料作爲芯材製成微膠囊。染色時，可直接將染料微膠囊投入染浴中，利用纖維、染浴和膠囊中染料的濃度差，使染料不斷釋放、吸附和上染纖維，完成染色。利用微膠囊染料進行染色，可以製造出色彩斑斕的紡織品，還能有效地解決紡織印染中存在的`一些問題，如降低成本、提高染料利用率、有利於廢水淨化和實現無助劑免水洗染色[16—17]等。東華大學率先將分散染料微膠囊染色應用於錦綸6、PTT和滌綸織物的染色[18—20]，並對相應的染色溫度、浴比、保溫時間等參數及廢水的回用進行了研究，結果表明所得的染色產品乾溼摩擦牢度、皁洗牢度和沾色牢度可達4~5級，與傳統染色工藝相當，而廢水的COD值和BOD值比常規染色工藝低得多。2010年，東華大學羅豔等[21]通過選控純分散染料微膠囊壁材種類和芯壁比來調節釋放速率，基本實現非助劑增溶的分散染料微膠囊超細滌綸織物非條件配色，色牢度與助劑增溶條件下染色樣品相當，均染性接近5級。2011年，崑山陶冶等[22]選用高溫型分散染料三原色考察微膠囊染色工藝在滌綸仿麂皮上的配色性能，結果表明分散染料微膠囊配色樣飽和度總體上提高，表觀色深增加，說明其配色可行。目前微膠囊染色研究主要是針對分散染料微膠囊染色，其他染料的研究尚少。2007年，埃及Zawahry等[23]以70%乙酰丙酮改性後的大豆卵磷脂爲壁材，活性染料爲芯材，製備了最大粒徑約爲16nm的微膠囊，並對羊毛、絲織物進行染色研究，結果表明羊毛產品的色牢度和摩擦牢度等均比常規染色高，而絲織物染色牢度差別不大，但染色後的殘液幾乎無色，染浴可再利用。2010年，天津工業大學孫曉竹等[24]以薑黃色素爲芯材，β—環糊精爲壁材，製備薑黃色素微膠囊並用於滌綸染色，結果表明微膠囊染色織物的K/S值更大，色牢度更高。2012年，河南工程學院曹機良等[25]採用微膠囊分散染料和活性染料對大豆/PTT混紡織物進行染色，測定了不同染色工藝對染色織物色牢度的影響，結果表明當染料總質量分數爲2%、純鹼質量濃度爲1g/L、95℃條件下保溫30min，可使混紡織物具有較高的表觀色深。

在傳統印花工藝的基礎上，研究人員運用微膠囊技術，開發了幾種微膠囊印花工藝，如微膠囊轉移印花、微膠囊塗料印花、微膠囊熱敏變色印花、微膠囊發泡印花等。微膠囊轉移印花是將2種或更多種微膠囊染料用於轉印片的表面，再將轉印片放在紡織品上施加外力，使膠囊破裂讓染料沉積於紡織品上。該工藝具有溶劑染色溫度低、均染性好、上染速度快、成本低、加工方便的優點。英國DickinsonRobinson集團發現此工藝適用於各種天然和合成紡織品，如棉、絲、亞麻等。東華大學羅豔等[26]對分散染料微膠囊的多次轉移印花效果進行了初探，結果發現分散染料微膠囊的轉印次數在適當條件下可達10次以上，且其K/S值基本保持不變；不同轉印條件對微膠囊染料的轉印效果有較大影響。微膠囊塗料印花是藉助於能生成牢固薄膜的合成樹脂，使微膠囊染料固着在纖維表面的印花工藝，該工藝適用於各種纖維織物的印花。2011年，浙江理工大學陳智傑等[27]分別將細乳液和微懸浮聚合製得的有機顏料微膠囊用於棉織物的塗料印花，研究微膠囊形態對印製棉織物的表面形貌和印花效果的影響，結果表明與微懸浮聚合製備的微膠囊相比，細乳液聚合製備的微膠囊在相應的印花織物表現出較好的色牢度、色深性和手感。2012年，浙江理工大學SHE等[28]採用原位聚合法制備有機染料酞菁藍微膠囊並用於絲織品的塗料印花，結果表明與傳統絲織品印花相比，微膠囊塗料印花的絲織品色牢度、手感、乾溼耐摩擦牢度有所提高。變色印花是指紡織品上的印花圖案隨外部條件的變化而改變色澤的印花，按照外部刺激變色條件的不同，分爲光敏變色印花、熱敏變色印花和溼敏變色印花3種類型。實際在紡織品印花上採用的是熱敏變色印花和溼敏變色印花，而運用微膠囊技術的變色印花以熱敏變色印花爲主。2010年，萬事利集團張忠信等[29]採用復凝聚法制備熱敏變色微膠囊並對真絲綢進行印花，結果表明經熱敏變色微膠囊印花後真絲織物具有明顯的變色效果。除上述的微膠囊印花外，運用微膠囊技術的印花工藝還有多色微粒子印花、微膠囊靜電印花、染料微膠囊非水系印花、香氣印花等。

利用微膠囊技術對紡織品進行整理，可提高紡織品的舒適性、增加其功能性，包括一般性整理、功能性整理及智能紡織品等。2。3。1一般性微膠囊整理一般性微膠囊整理包括對織物柔軟、防皺、拒水拒油等整理。目前應用較多的柔軟劑主要是有機硅類和脂肪酰胺及其衍生物類；使用較多的防皺整理劑有改性N—羥甲基樹脂、多元羥酸；拒水拒油整理劑一般是氟烷基丙烯酸酯與各種乙烯基系單體的聚合物。這些整理劑多爲乳化劑，分散穩定性不高，常因加入其它組分發生破乳或沉澱現象，若將其製成微膠囊，可提高其分散穩定性和各組分的相容性，並改善整理效果。2。3。2功能性微膠囊整理功能整理中應用微膠囊技術的有芳香、抗菌、驅蟲整理等。對香料進行微膠囊化後可以提高芳香整理的質量，延長芳香釋放時間。2010年，阿根廷Specos等[30]分別以明膠—阿拉伯膠和酵母細胞爲壁材，2種香精油爲芯材，採用復凝聚法制備微膠囊並對棉織物進行整理，結果表明以明膠—阿拉伯明膠爲壁材的微膠囊整理過的織物芳香味持續時間長且洗滌後仍有香味，而酵母細胞爲壁材的微膠囊水洗前香氣濃度低，洗後觀測到織物上有微膠囊，但無芳香氣味。2011年，上海應用技術學院Hu等[31]以玫瑰香精爲芯材、聚氰基丙烯酸丁酯爲壁材製備香精納米膠囊並應用於棉織物整理，結果表明經香精納米膠囊整理的織物耐水洗性更好，且水洗前後釋放性能無明顯變化，且納米膠囊粒徑小的緩釋性能更好。將抗菌微膠囊用於紡織品整理，可以得到高效、耐洗、安全的抗菌紡織品。2011年，美國Kim等[32]採用明膠包覆丁香花蕾油和紅百里油，製備出粒徑爲4~85μm的微膠囊，並將其應用於室內紡織品的抗菌除蟎整理，結果表明經整理後的織物其粉塵蟎去除率高達94%。2011年，印度Anita等[33]採用粒子凝膠法制備氧化銅納米膠囊並用於整理平紋織物，結果表明整理後的織物具有很強的抗菌性能。將驅蟲劑微膠囊整理到織物上，可有效解決蟲子叮咬困擾，且驅蟲效果時間長。2010年，阿根廷Specos等[34]採用復凝聚法制備香茅油微膠囊，並將其應用於棉織物整理，結果表明經整理後的織物在3周時間內驅蟲效果達90%。2012年，西安工程大學潘小會等[35]採用復相乳液法制備艾葉提取物驅蚊微膠囊，並將其應用於滌綸織物整理，結果表明整理後的織物驅蚊效果明顯，蚊蟲趨避率達70%。2。3。3智能紡織品智能紡織品是指對環境有感知、可響應的紡織品，如蓄熱調溫紡織品、變色紡織品等。蓄熱調溫紡織品是紡織品表面或纖維內含有相變材料，在遇冷、遇熱時發生固液可逆相變而吸收、放出能量，從而具有溫度調節功能。2010年，法國Salaün等[36]以相變材料爲芯材、三聚氰胺甲醛爲壁材，採用原位聚合法制備相變微膠囊，結果表明微膠囊化前在相變材料中添加質量分數4%的原硅酸四乙酯有利於提高相變潛熱。2011年，土耳其Sennur等[37]以聚甲基丙烯酸爲壁材、正十六烷爲芯材製備相變微膠囊並用於棉織物上，結果表明較未處理的織物，經相變微膠囊處理後的織物具有明顯調溫效果，但其透氣性降低，透溼性升高。變色紡織品是指隨外界環境（如光、溫度、壓力等）變化可顯示不同色澤的紡織品。2010年，北京服裝學院喬文靜等[38]採用塗層法將光致變色微膠囊塗覆到滌綸針織物上，結果表明塗層部分在一定光照條件下可發生快速可逆的變色，且織物透溼、透氣性均有所提高。2011年，西京學院王引衛等[39]以無機變色顏料鎳的化合物爲芯材、乙基纖維素爲壁材，採用油相分離法制備S/O型可逆熱變色微膠囊並研究微膠囊結構、熱穩定性和變色性能等，結果表明微膠囊平均粒徑爲8。2μm，S/O型可逆熱變色微膠囊提高了芯材的熱變色性能。

微納米膠囊在織物的印染整理方面取得了良好的應用效果，對其工藝過程及應用效果進行歸納，如表2所示。微納膠囊用於紡織領域，其效果體現總結爲：在染色方面，減少了織物水洗、還原水洗等工藝過程，提高了染料的利用率，明顯減少對水資源的污染，且染色效果十分理想；在印花方面，印花工藝無明顯變化，但印花織物效果具有良好的色牢度、染深性及手感；在織物整理方面，整理工藝無明顯變化，但整理後的織物附加值提高，功能效果持續時間延長。三者工藝過程要將微膠囊製成微膠囊印花色漿、整理液等，而不能直接應用，若可以直接應用將有效縮短工藝週期。此外，在實際應用過程中發現，由於納米膠囊的粒度小，比表面積大，性能更穩定，在紡織領域具有更好的應用效果。

綜上所述，微膠囊技術已經在紡織品印染整理方面取得了良好的應用效果，有效提高了織物的品質性能。隨着人們對紡織品要求的不斷提高，納米級微膠囊、多核結構微膠囊將是微膠囊技術在紡織領域的發展趨勢。微膠囊的製備、成本、工藝過程、織物上附着機理是影響微膠囊技術在紡織領域應用的重要因素。爲使微膠囊技術在紡織領域中發揮更大作用，仍有一些問題有待於解決，主要體現在以下方面：現有的微膠囊製備方法存在微膠囊粒徑不可控、粒徑較大等缺點，且製備方法主要集中在聚合反應法和相分離法，這樣很大程度上限制了芯材壁材的選擇；成本過高，主要體現在芯材、壁材材料較貴和微膠囊製備工藝較繁瑣；工藝過程直接影響到織物印染整理的效果，因而對工藝優化、開發新型工藝顯得尤爲重要；微膠囊在織物上的附着機理有些還尚未清楚，如納米級材料在纖維上的附着機理，這限制了織物用微膠囊的進一步開發應用。因此，開發新型微膠囊製備方法、優化製備工藝、尋求原料易得且價廉的芯材和壁材、織物印染整理工藝的優化及開發、微膠囊在織物上的附着機理等問題還需要科研工作者進一步探索研究。